JPWO2015105024A1 - 酸素固溶チタン素材、酸素固溶チタン粉末材料及び酸素固溶チタン粉末材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

酸素固溶チタン粉末材料の製造方法は、チタン粉末粒子からなるチタン粉末材料を、酸素を含む雰囲気中で１６０℃以上６００℃未満の温度範囲に加熱してチタン粉末粒子の表面にチタン酸化皮膜を形成する工程と、チタン酸化皮膜を有するチタン粉末材料を、酸素を含まない雰囲気中で４５０℃以上で融点以下の温度範囲で加熱して各チタン粉末粒子の表面に形成されたチタン酸化皮膜を分解し、その際に解離した酸素原子を各チタン粉末粒子のマトリクス中に固溶させる工程とを備える。

Description

この発明は、チタン粉末材料及びチタン素材に関し、特に酸素を固溶させた高強度チタン粉末材料、チタン素材およびそれらの製造方法に関するものである。

チタンは、鋼の約１／２の低比重を有する軽量素材であり、耐腐食性や強度に優れた特徴を有することから、軽量化ニーズが強い航空機、鉄道車両、二輪車、自動車などの部品や、家電製品や建築用部材に利用されている。また、優れた耐腐食性の観点から、医療用素材としても利用されている。

しかしながら、チタンは、鉄鋼材料やアルミニウム合金と比較して、素材コストが高いために利用対象が限定されている。特に、チタン合金は、１０００ＭＰａを超える高い引張強さを有するものの、延性（破断伸び）が十分ではなく、また常温または低温域での塑性加工性に乏しいといった課題がある。他方、純チタンは、常温にて２５％を超える高い破断伸びを有しており、低温域での塑性加工性にも優れているものの、引張強さが４００〜６００ＭＰａ程度と低い点が課題である。

チタンに対する高強度と高延性の両立、および素材コストの低減に関する要求は極めて強いことから、これまでに様々な検討が行われてきた。特に、低コスト化の観点から、バナジウム、スカンジウム、ニオブなどの高価な元素ではなく、酸素といった比較的安価な元素による高強度化が従来技術として多く検討されてきた。

例えば、特開２０１２−２４１２４１号公報（特許文献１）は、酸素固溶チタン材料を得るための方法として、以下の工程を提案している。
（ａ）チタン粉末とＴｉＯ_２粒子とを準備する工程。
（ｂ）混合粉末全体に対してＴｉＯ_２粒子の添加量が質量基準で０．５％〜３．０％となるように調整してチタン粉末とＴｉＯ_２粒子とを混合する工程。
（ｃ）上記の混合物を、７００℃からＴｉＯ_２の融点未満の温度範囲で、かつ真空雰囲気中で焼結してＴｉＯ_２粒子を熱分解させ、解離した酸素原子をチタン中に固溶させる工程。

特開２０１２−２４１２４１号公報

特開２０１２−２４１２４１号公報に開示された方法、すなわちＴｉＯ_２粒子を用いて粉末冶金法で作製したチタン材は、溶解製法材と比較して、高い強度と高い延性を維持することが可能である。

しかしながら、本願の発明者がさらに研究を進めた結果、上記方法にも改善すべき点があることを見出した。ＴｉＯ_２粒子は粒径が小さいため、凝集体を作りやすい。具体的には、ＴｉＯ_２粒子の添加量を増加していくと、ＴｉＯ_２粒子の凝集体が形成され、ＴｉＯ_２の分解が完全には進行せずに、残存するＴｉＯ_２粒子が破壊の起点となって延性低下を招く。

上記の点を考慮すると、ＴｉＯ_２粒子を用いた粉末冶金法では、適正な延性を維持するために、ＴｉＯ_２粒子の添加量の上限、言い換えれば、酸素固溶量の上限が存在する。

本発明の目的は、適正な延性を維持しつつ多くの量の酸素をチタン粉末材料中に固溶させることのできる酸素固溶チタン粉末材料の製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は、適正な延性を維持しつつ、多くの酸素を固溶しているチタン粉末材料およびチタン素材を提供することである。

この発明に従った酸素固溶チタン粉末材料の製造方法は、以下の工程を備える。
（ａ）チタン粉末粒子からなるチタン粉末材料を、酸素を含む雰囲気中で加熱して上記チタン粉末粒子の表面にチタン酸化皮膜を形成する工程。
（ｂ）上記チタン酸化皮膜を有するチタン粉末材料を、酸素を含まない雰囲気中で加熱して各チタン粉末粒子の表面に形成されたチタン酸化皮膜を分解し、その際に解離した酸素原子を各チタン粉末粒子のマトリクス中に固溶させる工程。

好ましくは、チタン酸化皮膜の形成および引き続いてのチタン酸化皮膜の分解を１サイクルとして複数回のサイクルを行うことによって、各チタン粉末粒子のマトリクス中への酸素固溶量を増加する。

チタン酸化皮膜を形成するための加熱温度は、好ましくは１６０℃以上６００℃未満であり、チタン酸化皮膜を分解するための加熱温度は、好ましくは４５０℃以上で融点以下である。

チタン酸化皮膜の形成およびチタン酸化皮膜の分解に資する熱処理は、好ましくは、チタン粉末材料をロータリーキルン式加熱炉内に収容して行う。

上記のうちのいずれかに記載の方法によって製造された酸素固溶チタン粉末材料は、以下の特徴を有する。すなわち、各チタン粉末粒子は、大気中で自然に形成された酸化膜を表面に有しており、各チタン粉末粒子のマトリクス中に固溶した酸素量は、自然形成酸化膜中の酸素量よりも多い。

好ましくは、各チタン粉末粒子の酸素含有量は、質量基準で、好ましくは、０．４％〜４．７％、より好ましくは１．１５〜１．９％である。

一つの実施形態では、チタン粉末材料を構成するチタン粉末粒子は純チタンからなり、チタン粉末粒子のマトリクスのマイクロビッカース硬さの平均値は、２００〜６００である。

上記のいずれかに記載の酸素固溶チタン粉末材料を用いて所定の形状に成形したチタン素材も本発明の対象である。一つの実施形態では、当該チタン素材は純Ｔｉ粉末押出材であり、押出材全体に対する酸素含有量が１．２質量％以上であり、破断伸びが１８％以上である。

チタン粉末材料を固化させてチタン素材とする方法としては、例えば、圧粉成形・焼結、熱間押出加工、熱間圧延加工、溶射、金属射出成形、粉末積層造形等が利用される。
上記の特徴的な構成の作用効果または技術的意義については、以下の項目で説明する。

本発明の特徴を模式的に示した図である。 純チタン原料粉末に対して酸化熱処理および固溶化熱処理を行った場合のＴｉの回折ピークの変化を示す図である。 純Ｔｉ原料粉末に対して酸化熱処理および固溶化熱処理を行った場合のＴｉＯ_２の回折ピークの変化を示す図である。 酸化熱処理および固溶化熱処理のサイクルを複数回行うことによる酸素含有量の変化を示す図である。 純チタン原料粉末に対して酸化熱処理および固溶化熱処理を施した場合のマイクロビッカース硬さの変化を示す図である。 酸素含有量と引張強さとの関係を示す図である。 酸素含有量と耐力との関係を示す図である。 純Ｔｉ粉末押出材の引張試験後の破断面を示す走査型電子顕微鏡写真である。 Ｔｉ粉末同士が一部で溶融して塊状となっている状況を示す写真である。 試料温度と、発熱量と、重量増加率との関係を示す図である。

図１は、この発明の特徴を模式的に示した図である。まず、この図１を用いて発明の概要を説明し、その後により詳しいデータ等を説明する。

［チタン粉末材料の準備］
多数のチタン粉末粒子からなるチタン粉末材料を準備する。ここで「チタン粉末粒子」とは、純チタン粉末粒子またチタン合金粉末粒子のいずれであってもよい。各チタン粉末粒子は、大気中で自然に形成された酸化膜（自然酸化膜）を表面に有しているが、非常に薄い膜であるので、図１では自然酸化膜を図示していない。自然酸化膜の厚みは、０．１〜１μｍ程度である。

［チタン酸化皮膜の形成］
準備したチタン粉末材料を、酸素を含む雰囲気中で加熱して各チタン粉末粒子の表面にチタン酸化皮膜を形成する。チタン酸化皮膜の形成に資する熱処理は、好ましくは、チタン粉末材料をロータリーキルン式加熱炉内に収容して行う。加熱条件は、例えば、以下の通りである。

加熱雰囲気：１０ｖｏｌ．％Ｏ_２−９０ｖｏｌ．％Ａｒの混合ガス
混合ガス流量：１Ｌ／ｍｉｎ．
加熱温度：２００℃
保持時間：３０ｍｉｎ．
回転数：２０ｒｐｍ．

上記の酸化熱処理により、各チタン粉末粒子の表面にチタン酸化皮膜が形成される。ロータリーキルン式加熱炉を使用するのは、チタン粉末材料に回転や振動を与えることにより、酸化熱処理時にチタン粉末粒子同士が仮焼結し、塊状となることを防ぐためである。また、アルゴンガスを含ませるのは、酸素過多によるチタン粉末材料の異常発熱を防ぐためである。

［固溶化熱処理］
表面にチタン酸化皮膜を有するチタン粉末材料を、酸素を含まない雰囲気中で加熱して各チタン粉末粒子の表面に形成されたチタン酸化皮膜を分解し、その際に解離した酸素原子を各チタン粉末粒子のマトリクス中に固溶させる。チタン酸化皮膜の分解に資する熱処理は、好ましくは、チタン粉末材料をロータリーキルン式加熱炉内に収容して行う。前述した酸化熱処理および固溶化熱処理を同一のロータリーキルン式加熱炉を用いて行ってもよい。加熱条件は、例えば、以下の通りである。

加熱雰囲気：１００ｖｏｌ．％Ａｒガス
ガス流量：１Ｌ／ｍｉｎ．
加熱温度：６００℃
保持時間：３０ｍｉｎ．または６０ｍｉｎ．
回転数：２０ｒｐｍ．

上記の固溶化熱処理により、チタン酸化皮膜の分解によって生じた酸素原子は各チタン粉末粒子のマトリクス中に均一に拡散し、固溶する。こうして、目的とする酸素固溶チタン粉末材料を得ることができる。

上記のようにして得た酸素固溶チタン粉末材料を大気中に置けば、各チタン粉末粒子の表面に自然酸化膜が形成される。自然酸化膜中の酸素量は、各チタン粉末粒子全体に対して多くても０．２質量％程度である。本発明の方法によって酸化熱処理および固溶化熱処理を行えば、各チタン粉末粒子のマトリクス中に固溶した酸素量が自然酸化膜中の酸素量よりも多くなる。

［酸化熱処理−固溶化熱処理の繰り返し］
酸化熱処理の時間を増大しても酸素固溶量は増加しない。その理由は、チタン粉末粒子表面に形成されるチタン酸化皮膜がバリアとなり、更なる酸化反応が進行しないからである。チタン粉末粒子のマトリクス中に固溶する酸素の量を増加するには、酸化熱処理時間を増やすのではなく、チタン酸化皮膜形成のための酸化熱処理、および引き続いてのチタン酸化皮膜分解のための固溶化熱処理を１サイクルとして複数回のサイクルを行うことが望ましい。

［回折ピークによる検証］
図２は、純チタン原料粉末に対して酸化熱処理および固溶化熱処理を行った場合のＴｉの回折ピークの変化を示す図である。図２から明らかなように、純チタン原料粉末に対して酸化熱処理を行うとＴｉの回折ピークが低角度側にシフトし、さらに固溶化熱処理を行うとＴｉの回折ピークが顕著に低角度側にシフトしていることが認められる。これらのピークのシフトは、Ｔｉの素地（マトリクス）中に酸素原子が固溶したことを示すものである。酸化熱処理時には、多量の酸素原子がチタン酸化皮膜の形成に寄与し、僅かの酸素原子がＴｉの素地中に固溶する。固溶化熱処理時には、チタン酸化皮膜が分解し、多量の酸素原子がＴｉの素地中に固溶していることがわかる。

図３は、純チタン原料粉末に対して酸化熱処理および固溶化熱処理を行った場合のＴｉＯ_２の回折ピークの変化を示す図である。純チタン原料粉末に僅かなＴｉＯ_２の回折ピークが検出されている。これは、純チタン原料粉末が、大気中で自然に形成された酸化膜（自然酸化膜）を有しているからである。酸化熱処理時には、粉末粒子表面にチタン酸化皮膜が形成されるため、ＴｉＯ_２のピーク強度が高くなっている。固溶化熱処理時には、チタン酸化皮膜が熱分解して酸素原子がＴｉの素地中に固溶したことによりＴｉＯ_２のピークが消失していることが認められる。

［チタン粉末粒子のマトリクス中への酸素原子固溶量の増加方法］
下記の条件の酸化熱処理および固溶化熱処理を１サイクルとし、このサイクルを４回繰り返して純チタン粉末中の酸素量および窒素量を測定した。使用した純チタン粉末は、平均粒子径が２８μｍ、純度が９５％を超えるものであった。

酸化熱処理
加熱雰囲気：１０％Ｏ_２＋９０％Ａｒ混合ガス（流量：１Ｌ／ｍｉｎ．）
加熱温度：２００℃
保持時間：３０ｍｉｎ．
回転数：２０ｒｐｍ．
固溶化熱処理
加熱雰囲気：１００％Ａｒガス（流量：１Ｌ／ｍｉｎ．）
加熱温度：６００℃
保持時間：３０ｍｉｎ．
回転数：２０ｒｐｍ．

測定結果を表１および図４に示す。繰り返し回数０の欄は、熱処理前の純チタン粉末の酸素量および窒素量である。酸素は、主として、自然酸化膜中に含まれたものである。

表１および図４に示すように、酸素含有量は上記サイクルの繰り返し回数にほぼ比例して直線的に増加し、他方、窒素量は変化せずに一定である。上記サイクルを４回繰り返すことにより、チタン粉末粒子の酸素含有量が４．７％近くまで増加している。

［マイクロビッカース硬さの測定］
純チタン原料粉末に対して、酸化熱処理を行い、さらに固溶化熱処理を行って、マイクロビッカース硬さ（Ｈｖ）がどのように変化するかを測定した。測定した試料は、酸化熱処理および固溶化熱処理のサイクルを１回施したものであり、固溶化熱処理後の酸素含有量が１．１８質量％になるものであった。

測定結果を表２および図５に示す。測定数ｎは３０であった。

表２および図５の測定結果から明らかなように、純Ｔｉ原料粉末に対して酸化熱処理および固溶化熱処理を行うと、マイクロビッカース硬さが飛躍的に高くなることが認められる。酸化熱処理により粉末表面にＴｉＯ_２皮膜が形成されるが、一部の酸素が素地中に固溶することで３７Ｈｖ程度の硬度上昇が見られた。その後、固溶化熱処理を行うことでＴｉＯ_２皮膜が分解し、解離した酸素原子がＴｉ素地中に侵入固溶することで約１３０Ｈｖの硬度増加が生じた。このように酸化熱処理＋固溶化熱処理を組み合わせることにより、多量の酸素原子の固溶が進行し、その結果、チタン粉末の素地硬さが著しく上昇する。

また、酸化・固溶化熱処理のサイクル数を増やすことで、Ｔｉ粉末中の酸素含有量は増加する。例えば、同一熱処理条件でサイクル数Ｎ＝２の場合、固溶化処理後の純Ｔｉ粉末（酸素含有量：２．２５質量％）の素地硬度の平均値は４９８Ｈｖとなり、顕著な増加が確認された。同様に、Ｎ＝３における素地硬度の平均値は６４３Ｈｖとなった。しかしながら、素地硬度が６００Ｈｖを超えるような極めて硬いＴｉ粉末では、それを圧縮成形する際に高い加圧力が必要となると同時に、粉末が脆くなるために粉末成形体の内部に亀裂が発生し健全な成形体が得られない。

よって、本発明による酸化・固溶化熱処理を施した純Ｔｉ粉末の硬度は２００〜６００Ｈｖとなる。

［実施例１］
純Ｔｉ粉末（平均粒子径；２８μｍ、純度＞９５％）を出発原料とし、下記に示す酸化熱処理および固溶化熱処理を１サイクルとし、これを最高４回まで繰り返して酸素固溶純Ｔｉ粉末を作製した。

酸化熱処理
雰囲気：１０％Ｏ_２＋９０％Ａｒ混合ガス
温度：２００℃
保持時間：１５分
回転数：２０ｒｐｍ．
固溶化熱処理
雰囲気：１００％Ａｒガス
温度：６００℃
保持時間：３０分
回転数：２０ｒｐｍ．

各Ｔｉ粉末を金型内に充填した後、圧力６００ＭＰａを付与して円柱状粉末成形体を作製した。続いて、真空焼結（８００℃×１ｈｒ、真空度；６Ｐａ）を施して焼結体（直径φ４２ｍｍ、全長３０ｍｍ）を得た。これをアルゴンガス雰囲気中で予備加熱（１０００℃×５ｍｉｎ．）し、直ちに熱間押出加工を施して酸素原子が固溶した棒状押出素材（直径φ７ｍｍ）を作製した。

比較材として、上記と同じ純Ｔｉ粉末にＴｉＯ_２粒子（平均粒子径；４μｍ）を最大２．５質量％まで添加して混合した後、それぞれの(Ｔｉ＋ＴｉＯ_２)混合粉末に対して、上記と同じ条件で成形、真空焼結、熱間押出加工を施すことで酸素原子が固溶した棒状押出素材（直径φ７ｍｍ）を作製した。

各押出素材の酸素量を分析すると共に、常温にて引張試験を行い、引張強さ、耐力、破断伸びを測定し、酸素含有量に対する依存性を調査した。測定結果を表３に示す。また、引張強さの対比を図６に、耐力の対比を図７に示す。

本発明による製法（直接酸化固溶化熱処理）によれば、酸素含有量の増加と共に、引張強さ（ＵＴＳ）および耐力（ＹＳ）はいずれもほぼ直線的に増加し、他方、破断伸び（ε）については徐々に低下するものの、酸素含有量１．６６質量％において１８．１％といった十分に良好な延性を示した。なお、表３において、酸素含有量が０．２１質量％の試料は、酸素を固溶させていない純チタン粉末粒子からなる押出材であり、各粒子の表面に形成された自然酸化膜中の酸素量が０．２１質量％程度であることを意味している。直接酸化固溶化熱処理を施した試料の酸素含有量は０．４２％以上である。

ＴｉＯ_２粒子添加による酸素固溶法によれば、酸素含有量の増加と共に、引張強さ（ＵＴＳ）および耐力（ＹＳ）は共に増加し、その値は本発明の製法（直接酸化固溶化熱処理）による酸素固溶純Ｔｉ粉末押出材とほぼ同等であった。しかしながら、破断伸び（ε）は、酸素含有量が１質量％を超えると急激に低下し、１．２３質量％ではε＝４．２％となり、延性が著しく低下することが確認された。

そこで、直接酸化固溶化熱処理による純Ｔｉ粉末押出材のうち酸素含有量が１．２４質量％の材料、およびＴｉＯ_２粒子添加による純Ｔｉ粉末押出材のうち酸素含有量が１．２３質量％の材料での引張試験後の破断面について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により破壊起点を観察した。顕微鏡写真を図８に示す。

図８に示すように、両者はほぼ同等量の酸素を含有するが、破断面は大きく異なる。直接酸化固溶化熱処理を行った材料では、微細なディンプルが確認され、均一な延性破断面を呈している。他方、ＴｉＯ_２粒子添加によって作製した材料では、破壊の起点部に未反応のＴｉＯ_２粒子の存在が確認された。つまり、Ｔｉ＋ＴｉＯ_２混合粉末の状態でＴｉＯ_２粒子が凝集したため、未反応のＴｉＯ_２が破壊の起点となり、その結果、破断伸びの著しい低下を招いた。

［実施例２］
酸化熱処理時の加熱温度の影響を調査した。これまでと同様の純Ｔｉ粉末を用いて、ロータリーキルン式熱処理炉に酸素＋アルゴン混合ガス（１０％Ｏ_２＋９０％Ａｒ／流量；１Ｌ／ｍｉｎ．）を流入した状態でＴｉ粉末５０ｇを加熱温度１００〜７００℃に変化させてＴｉ粉末を作製した。なお、酸化熱処理における各温度での保持時間はいずれも１ｈｒとし、回転数を２０ｒｐｍ．とした。

得られた各Ｔｉ粉末の酸素含有量と外観（塊状、ブロック化の有無）を調査した。その結果を表４に示す。

表４に示すように、熱処理温度が１６０℃以上において、Ｔｉ粉末に含まれる酸素量は一定となり、安定した酸化処理が可能である。他方、６００℃では、図９の写真に示すように、酸化時の発熱との相乗による過剰昇温が生じ、Ｔｉ粉末同士が一部で溶融して塊状となり、目的とするＴｉ粉末が得られない。６５０℃および７００℃でも類似の部分溶融現象が確認された。

以上の結果より、Ｔｉ粉末の酸化熱処理に適した温度範囲は１６０℃以上であり、またＴｉ粉末同士の部分溶融を抑えるには６００℃未満での酸化熱処理が有効である。

また、示差熱量重量分析（ＤＴＡ）装置を用いて、空気を流入した状態でＴｉ粉末の重量変化と発熱挙動を調査した結果、図１０に示すように、６００℃付近から急激に重量が増加している。これは、酸素との反応（酸化）によるものであり、また酸化反応に伴う発熱現象によって、発熱量も同様に６００℃付近から急増している。以上の示差熱量分析結果を踏まえると、安定した酸化反応を促進するには、６００℃未満での熱処理が必要であり、この温度を超えると、部分溶融現象によりＴｉ粉末のブロック化が生じ、目的とする酸素固溶Ｔｉ粉末が得られなくなる。

［実施例３］
固溶化熱処理時の加熱温度の影響を調査した。これまでと同様に純Ｔｉ粉末に対して、下記の条件の酸化熱処理を行った。

加熱雰囲気：１０％Ｏ_２＋９０％Ａｒ混合ガス（流量；１Ｌ／ｍｉｎ．）
加熱温度：２００℃
保持時間：３０ｍｉｎ．
回転数：２０ｒｐｍ．

その後、固溶化熱処理としてロータリーキルン式加熱炉を用いて、アルゴンガス雰囲気中で加熱温度を３００〜８００℃の範囲で変化させてＴｉ粉末を作製した。なお、固溶化熱処理における各温度での保持時間はいずれも１ｈｒとし、アルゴンガス流量；１Ｌ／ｍｉｎ、回転数；２０ｒｐｍとした。

また、固溶化熱処理において、加熱炉内に１度に投入するＴｉ粉末重量を３０ｇと１５０ｇの２条件とし、熱処理時の投入量の影響についても調査した。

得られたＴｉ粉末に対してＸＲＤ回折を行い、ＴｉＯ_２ピークの有無とＴｉピーク位置の変化（低角度側への移動）を調査した。その結果を表５に示す。

表５に示すように、酸化熱処理により形成した酸化皮膜ＴｉＯ_２を熱分解し、酸素原子をＴｉ素地中に固溶するには、４５０℃以上の熱処理が必要である。特に熱処理する際のＴｉ粉末の投入量が増加した場合、安定して均一かつ完全に酸素原子が固溶するには、より高温の５５０℃以上が望ましい。

本発明は、適正な延性を維持しつつ、多くの量の酸素を固溶させた高強度チタン粉末材料およびチタン素材を得るのに有利に利用され得る。

この発明に従った酸素固溶チタン粉末材料の製造方法は、以下の工程を備える。
（ａ）チタン粉末粒子からなるチタン粉末材料を、酸素を含む雰囲気中で、かつ１６０℃以上６００℃未満の温度で加熱して上記チタン粉末粒子の表面にチタン酸化皮膜を形成する工程。
（ｂ）上記チタン酸化皮膜を有するチタン粉末材料を、酸素を含まない雰囲気中で、かつ４５０℃以上で融点以下の温度で加熱して各チタン粉末粒子の表面に形成されたチタン酸化皮膜を分解し、その際に解離した酸素原子を各チタン粉末粒子のマトリクス中に固溶させる工程。

Claims (10)

1. チタン粉末粒子からなるチタン粉末材料を、酸素を含む雰囲気中で加熱して前記粉末粒子の表面にチタン酸化皮膜を形成する工程と、
   前記チタン酸化皮膜を有する前記チタン粉末材料を、酸素を含まない雰囲気中で加熱して前記各チタン粉末粒子の表面に形成されたチタン酸化皮膜を分解し、その際に解離した酸素原子を前記各チタン粉末粒子のマトリクス中に固溶させる工程と、を備える、酸素固溶チタン粉末材料の製造方法。
2. 前記チタン酸化皮膜の形成および引き続いての前記チタン酸化皮膜の分解を１サイクルとして複数回のサイクルを行うことによって、前記各チタン粉末粒子のマトリクス中への酸素固溶量を増加する、請求項１に記載の酸素固溶チタン粉末材料の製造方法。
3. 前記チタン酸化皮膜を形成するための加熱温度は、１６０℃以上６００℃未満であり、
   前記チタン酸化皮膜を分解するための加熱温度は、４５０℃以上で融点以下である、請求項１または２に記載の酸素固溶チタン粉末材料の製造方法。
4. 前記チタン酸化皮膜の形成およびチタン酸化皮膜の分解に資する熱処理は、前記チタン粉末材料をロータリーキルン式加熱炉内に収容して行う、請求項１〜３のいずれかに記載の酸素固溶チタン粉末材料の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の方法によって製造された酸素固溶チタン粉末材料であって、
   前記各チタン粉末粒子は、大気中で自然に形成された酸化膜を表面に有しており、
   前記各チタン粉末粒子のマトリクス中に固溶した酸素量は、前記自然形成酸化膜中の酸素量よりも多いことを特徴とする、酸素固溶チタン粉末材料。
6. 前記各チタン粉末粒子の酸素含有量は、質量基準で、０．４％〜４．７％である、請求項５に記載の酸素固溶チタン粉末材料。
7. 前記各チタン粉末粒子の酸素含有量は、質量基準で、１．１５〜１．９％である、請求項６に記載の酸素固溶チタン粉末材料。
8. 前記チタン粉末粒子は純チタンからなり、
   前記チタン粉末粒子のマトリクスのマイクロビッカース硬さの平均値は、２００〜６００である、請求項５〜７のいずれかに記載の酸素固溶チタン粉末材料。
9. 請求項５〜８のいずれかに記載の酸素固溶チタン粉末材料を用いて所定の形状に成形したチタン素材。
10. 当該チタン素材は純Ｔｉ粉末押出材であり、
    押出材全体に対する酸素含有量が１．２質量％以上であり、
    破断伸びが１８％以上である、請求項９に記載のチタン素材。